Исследование влияния основных технологических параметров СВЧ воздействия на кинетику отверждения, структуру, физико-механические свойства эпоксидных компаундов. Математическая модель, описывающая фазовые переходы в полимерах при воздействии СВЧ.
Аннотация к работе
Среди множества полимерных конструкционных материалов важное место занимают эпоксидные смолы благодаря ценному комплексу присущих им свойств и универсальности применения в составе различного рода литьевых и пресс материалов, стеклопластиков, компаундов, клеев, лакокрасочных покрытий, а также в качестве конструкционных материалов для деталей машин, приборов и механизмов. Однако исследования о влиянии СВЧ электромагнитного поля (СВЧ ЭМП) на процесс отверждения эпоксидных компаундов (ЭК) и модификацию их свойств не проводились. Цель работы заключается в улучшении эксплуатационных свойств изделий и конструкций с эпоксидным компаундом на основе оптимизации технологических режимов его отверждения в СВЧ ЭМП, обеспечивающей повышение прочности и теплостойкости ЭК, и разработка методик расчета нового СВЧ электротехнологического оборудования для модификации ЭК. Научные положения, выносимые на защиту: Воздействие СВЧ электромагнитного поля на процесс отверждения ЭК при уровнях генерируемой мощности Рген= 130-700 Вт и времени СВЧ обработки ?СВЧ =6-12 с может приводить к активации дипольно-групповой поляризации компаунда и, как следствие, к изменению его топологической структуры, характеризующей распределение, размер агломератов и их густоту в структуре отвердевшего ЭК, что обеспечивает повышение его прочности в 3-4 раза, теплостойкости в 1,4-1,6 раза и ускорение процесса отверждения в 5-6 раз по сравнению с ЭК, отвержденным на воздухе в естественных условиях. Научная новизна работы состоит в следующем: Установлено модифицирующее влияние СВЧ электромагнитного поля на процесс отверждения ЭК, которое приводит к активации дипольно-групповой поляризации компаунда и изменению его топологической структуры, что обеспечивает повышение прочности ЭК в 3-4 раза, теплостойкости в 1,4-1,6 раза и ускорение процесса его отверждения в 5-6 раз, по сравнению с ЭК, отвержденным на воздухе в естественных условиях.методическое обеспечение установки, позволяющее исследователю выполнять работы, необходимые для полного исследования свойств обрабатываемого в СВЧ поле объекта. а б Получены линейно приближенные уравнения регрессии, характеризующие степень влияния выбранных факторов: СВЧ мощности, (X1) времени СВЧ воздействия (X2) и объемного соотношения смолы и отвердителя в компаунде (X3) на параметры оптимизации: предел прочности при испытании на растяжение ?В, МПА (Y 1) и теплостойкость по способу Вика В, 0С (Y 2) с использованием метода планирования эксперимента: ; При оптимизации симплексным методом параметров процесса отверждения эпоксидного компаунда в СВЧ ЭМП определены оптимальные режимы СВЧ обработки ЭК, обеспечивающие наибольшее повышение прочности на разрыв и теплостойкости компаунда. 2-5) повышает предел прочности на разрыв ?В ЭК в 3-4 раза, теплостойкость В ЭК в 1,4-1,6 раза, твердость HV в 2-3,5 раза, по сравнению с ЭК, отвержденным на воздухе в естественных условиях, и интенсифицирует процесс отверждения ЭК в десятки раз (в 5-70 раз для разных режимов СВЧ обработки). , где ?к - коэффициент теплоотдачи конвекцией (процесс отверждения идет при температурах, при которых теплообмен излучением не играет решающей роли); - коэффициент, учитывающий теплоту фазового перехода; Sk - поверхность объекта, с которого идет конвекция; V - объем одной порции объекта, в котором реализуется фазовый переход; с, ? - удельная теплоемкость и плотность объекта; r - коэффициент, учитывающий затраты энергии на реализацию фазового перехода; m - масса отверждаемого объекта; Р - мощность, поглощенная от внешнего источника; ? - температурный параметр объекта.Это обосновывается следующими результатами: Доказано модифицирующее влияние СВЧ электромагнитного поля на эпоксидный компаунд, которое может приводить к активации дипольно-групповой поляризации компаунда и, как следствие, к изменению его топологической структуры, характеризующей распределение, размер агломератов и их густоту в структуре отвердевшего ЭК, что обеспечивает повышение его прочности в 3-4 раза, теплостойкости в 1,4-1,6 раза и ускорение процесса отверждения в 5-6 раз по сравнению с ЭК, отвержденным на воздухе в естественных условиях. Установлено, что наибольшее влияние на прочность и теплостойкость эпоксидного компаунда оказывают мощность СВЧ электромагнитного поля, время СВЧ воздействия и объемное соотношение смолы и отвердителя в компаунде. Впервые определены оптимальные режимы процесса обработки эпоксидного компаунда в СВЧ электромагнитном поле, обеспечивающие повышение предела прочности на разрыв ЭК в 3-4 раза и теплостойкости в 1,4-1,6 раза при Рген= 560 Вт, ?СВЧ= 9,9 с, А= 12,4 по сравнению с эпоксидным компаундом, отвержденным на воздухе в естественных условиях. Разработана специализированная конвейерная СВЧ установка, отличающаяся возможностью регулирования уровня генерируемой мощности в диапазоне от 130 Вт до 3000 КВТ и продолжительности процесса обработки объекта от 6 с до 100 с в методическом режиме работы установки, позволяющая проводить комплексные исследования модифицирующего СВЧ во